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Posté par Isabelle le Mardi 11/09/2018 à 12:00
Réchauffement climatique: l'inquiétante leçon du passé
Un réchauffement climatique vieux de 56 millions d'années a entraîné des crues très importantes et bouleversé les paysages, révèle une étude menée dans les Pyrénées par des chercheurs de l'UNIGE.


Sébastien Castelltort face aux conglomérats Eocène de la falaise de la "Cis" dans la région de Roda de Isabena, dans les Pyrénées espagnoles. (UNIGE)

Il y a 56 millions d'années, la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...) a connu un réchauffement climatique (Le réchauffement climatique, également appelé réchauffement planétaire, ou réchauffement global, est un phénomène...) exceptionnel. En un temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) très court à l'échelle géologique, 10 à 20'000 ans à peine, la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert...) moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble...) a augmenté de 5 à 8 degrés, ne retrouvant son niveau d'origine que quelques centaines de milliers d'années plus tard. En s'appuyant sur l'analyse de sédiments sur le versant (En géomorphologie, un versant est une surface topographique inclinée, située entre des points hauts (pics, crêtes, rebord de plateau, sommet d'un relief) et des points bas (pied de...) sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) des Pyrénées, des chercheurs de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Genève (UNIGE) ont mesuré l'impact de ce réchauffement sur les crues des rivières et sur les paysages qui les entouraient alors: des crues dont l'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) est multipliée par huit ? et parfois même par un facteur 14 ?, ou encore une végétation (La végétation est l'ensemble des plantes (la flore) sauvages ou cultivées qui poussent sur une surface donnée de sol, ou dans un milieu...) qui disparaît au profit d'un décor de galets. Leurs conclusions inquiétantes, à lire dans Scientific Reports, montrent que les conséquences de ce phénomène ont été bien plus importantes que ne le prévoient les modèles utilisés aujourd'hui par les climatologues.

"La méthode qui nous a permis d'analyser ce réchauffement est directement inspirée de la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et...), qui étudie la réponse des cellules à des stimuli extérieurs", explique Sébastien Castelltort, professeur au Département des sciences de la terre de la Faculté des sciences de l'UNIGE, et leader de l'étude, en collaboration avec des chercheurs des universités de Lausanne, Utrecht, Western Washington et Austin. "On s'intéresse à la façon dont un système, dans notre cas le système hydrique à travers le comportement des rivières, réagit à un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les hommes pour...) extérieur, ici le réchauffement climatique." Baptisé Earth Surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu...) Signaling System et soutenu par le Fonds National Suisse (FNS), ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une...) s'est concentré sur un cas climatique extrême, bien connu des scientifiques: un réchauffement de 5 à 8 degrés intervenu voici 56 millions d'années entre le Paléocène et l'Éocène, connu sous l'acronyme anglais de PETM (Palaeocene-Eocene Thermal Maximum).

Des palmiers au pôle Nord

Dès les années 70, les scientifiques ont observé une forte anomalie du rapport entre les isotopes stables du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique...) (?13C), due à l'augmentation relative de la proportion de l'isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique nucléaire, deux atomes sont dits isotopes s'ils ont le même nombre de protons. Le nombre de protons dans le noyau d'un atome est désigné par le...) léger (12C) par rapport à l'isotope lourd (13C), et traduisant un bouleversement du cycle du carbone, tant dans les océans que sur les continents, associé à un réchauffement global aux conséquences spectaculaires. Il y avait des palmiers au pôle Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) et certaines espèces de plancton (Homère désignait les animaux errant à la surface des flots par plankton, du grec ancien πλαγκτός / planktós ou « errant »). Selon Hensen (en) (1887), le...) marin, comme le dinoflagellé Apectodinium, normalement restreintes aux eaux tropicales se sont soudainement répandues sur toute la surface du globe. Les géologues utilisent ce type d'observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) comme de véritables "paléothermomètres" qui témoignent dans ce cas d'une élévation de la température des eaux de surface ayant atteint presque 36 degrés par endroits, une température létale pour de nombreux organismes. Plusieurs causes sont avancées, de l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) volcanique intense à cette période à la déstabilisation des hydrates de méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve à l'état...), ces "glaçons" de méthane stables sous certaines conditions de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) et de température, qui en dégazant auraient libéré leur gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du système solaire) ou d'autres étoiles (dans le cas...).

Mais si l'événement est connu et ses causes explorées, qu'en est-il de ses conséquences? "La question est importante car il y a une analogie évidente avec le réchauffement actuel et des leçons à tirer de cet événement, d'autant que la hausse des températures à laquelle on assiste aujourd'hui est beaucoup plus rapide", souligne Sébastien Castelltort.

Retracer l'histoire des rivières grâce aux galets

On trouve dans les Pyrénées espagnoles des sédiments qui permettent d'observer les anciens chenaux de rivières et d'en connaître la largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit la mesure la plus étroite de sa face. En géométrie plane, la largeur est la plus...). Dans le cadre du projet de Thèse (Une thèse (du nom grec thesis, se traduisant par « action de poser ») est l'affirmation ou la prise de position d'un locuteur, à l'égard du...) de Chen Chen, doctorant (Un doctorant est un chercheur débutant s'engageant, sous la supervision d'un directeur de thèse, dans un projet de recherche sur une durée variable selon les pays et les statuts, comprenant la rédaction et la soutenance...) à la Faculté des sciences de l'UNIGE, la taille des galets qu'elles charriaient a fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné...) de plusieurs milliers de mesures effectuées sur le terrain. Pas à pas, grâce à la relation directe qui existe entre la taille des galets et la pente des rivières, les chercheurs ont ainsi pu en calculer la profondeur et le débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers d'une surface quelconque.). C'est donc toute l'histoire de ces rivières qui apparait, et celle des changements spectaculaires qui les ont affectées.

Il y a 56 millions d'années, les Pyrénées sont en cours de formation et leur piémont est parcouru de petits chenaux isolés dans une plaine (Une plaine est une forme particulière de relief, c'est un espace géographique caractérisé par une surface topographique plane, avec des pentes relativement...) d'inondation (Le terme inondation fait traditionnellement référence au débordement d'un cours d'eau qui submerge les terrains voisins. Il doit évidemment être étendu aux débordements des ouvrages artificiels tels que les...) où ils déposent des alluvions très fertiles, favorisant le développement de la végétation dont les racines vont ancrer le terrain. Parvenues au pied des montagnes, ces petites rivières s'orientent ensuite vers l'ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se couche le Soleil à l'équinoxe, le couchant (ou ponant).) pour se jeter dans l'Atlantique qui n'était alors qu'à une trentaine de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par...) de la zone d'étude.

Une transformation complète du paysage

"Avec le réchauffement, le paysage se transforme complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la...). Les crues exceptionnelles, qui ne se produisent que tous les 2 à 3 ans et dont nous avons pu mesurer le débit, sont jusqu'à 14 fois plus importantes qu'auparavant", explique Sébastien Castelltort. Les rivières changent constamment de cours, ne s'adaptent plus à la hausse du débit en creusant leur lit mais s'élargissent, parfois de façon spectaculaire: les différents cours d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) observés passent ainsi parfois de 15 mètres à 160 mètres de largeur. Au lieu d'être piégés dans les plaines d'inondation, les alluvions sont emportés vers l'océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a...), et avec eux la végétation. On ne trouve plus que des étendues de graviers, traversées par des rivières torrentielles.

Des risques bien plus importants qu'attendus

Les scientifiques ignorent encore comment le régime des précipitations a évolué, mais savent que ce réchauffement a entraîné des crues plus intenses et une plus forte saisonnalité, avec des étés plus chauds. L'évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente de l'ébullition qui est une transition rapide. C'est un changement d'état appelé vaporisation.) plus importante a entraîné une hausse des précipitations dans une proportion inattendue. Un degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) d'élévation de la température implique une hausse de 7% de la capacité de rétention de l'humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).) dans l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est...), et c'est ce rapport qui est généralement utilisé pour évaluer l'augmentation des précipitations. "Mais notre étude montre qu'il y a des seuils, des évolutions non linéaires qui vont au-delà de ce rapport. Avec un rapport de 14 pour l'amplitude des crues, on est face à des effets qu'on ne comprend pas, qui s'expliquent peut-être par des facteurs locaux, mais aussi par des effets qui ne sont pas encore incorporés dans les modèles climatiques actuels. Notre étude prouve que les risques associés au réchauffement climatique sont plus importants qu'on ne le pense généralement", conclut Sébastien Castelltort.

Contact scientifique:
- Sébastien Castelltort
Professeur associé - Département des sciences de la terre, Faculté des sciences de l'UNIGE

Référence publication:
Cette recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également...) est publiée dans Scientific Reports
DOI: 10.1038/s41598-018-31076-3

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